નવીનીકરણીય ઉર્જાના લોકપ્રિયતા સાથે, સૌર કોષો ધીમે ધીમે ગ્રીન ઉર્જાના સૌથી મહત્વપૂર્ણ સ્ત્રોતોમાંનો એક બની ગયા છે. જોકે, ઘણા લોકો કદાચ જાણતા નહીં હોય કે સૌર કોષોની વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા અને વીજળી ઉત્પાદન વિવિધ પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે, જેમાંથી સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રકાશની સ્થિતિ છે. તો, સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વીજળી પર પ્રકાશની સ્થિતિ કેવી અસર કરે છે? આજે, આપણે આ વિષયને લોકપ્રિય બનાવીશું.
૧. પ્રકાશની તીવ્રતા અને વીજળી ઉત્પાદન
સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, પ્રકાશની તીવ્રતા એ પ્રતિ એકમ ક્ષેત્રફળ સૂર્યપ્રકાશની કિરણોત્સર્ગ શક્તિ છે. સૌર કોષો માટે, પ્રકાશની તીવ્રતા જેટલી વધારે હશે, સૌર કોષો દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા જેટલી વધુ હશે, તેની આઉટપુટ શક્તિ એટલી જ વધારે હશે. તેથી, તીવ્ર સૂર્યપ્રકાશવાળા સન્ની દિવસોમાં, સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિ સામાન્ય રીતે વધુ હોય છે.
ફોટોવોલ્ટેઇક સેલની વીજ ઉત્પાદન ક્ષમતા સામાન્ય રીતે પ્રમાણભૂત પરીક્ષણ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ 1000 W/m² ની પ્રકાશ તીવ્રતા પર માપવામાં આવે છે, જે પ્રયોગશાળાઓમાં સન્ની દિવસના પ્રકાશનું અનુકરણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતું પ્રમાણભૂત મૂલ્ય છે. જ્યારે પ્રકાશની તીવ્રતા વધે છે, ત્યારે સૌર કોષમાં ફોટોવોલ્ટેઇક પ્રવાહ વધે છે, જે બદલામાં આઉટપુટ પાવરમાં વધારો કરે છે; તેનાથી વિપરીત, જો પ્રકાશની તીવ્રતા ઓછી થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે વાદળછાયા દિવસોમાં અથવા સૂર્યાસ્ત સમયે, તો કોષ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિ નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે.
દિવસ દરમિયાન પ્રકાશની તીવ્રતા બદલાય છે. વહેલી સવારથી શરૂ કરીને, સૂર્ય ધીમે ધીમે ઉગે છે, પ્રકાશની તીવ્રતા પણ ધીમે ધીમે વધે છે; બપોરના સમયે, પ્રકાશની તીવ્રતા તેના ઉચ્ચતમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે; બપોરે, જેમ જેમ સૂર્ય ધીમે ધીમે પશ્ચિમમાં ડૂબી જાય છે, તેમ તેમ પ્રકાશની તીવ્રતા ધીમે ધીમે નબળી પડતી જાય છે જ્યાં સુધી સૂર્યાસ્ત સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. સૂર્યપ્રકાશની તીવ્રતામાં આ ફેરફાર એક દિવસમાં સૌર કોષના ઉર્જા ઉત્પાદનને સીધી અસર કરે છે.
2. પ્રકાશ કોણ અને વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા
સૌર કોષોના વીજ ઉત્પાદન પર પ્રકાશનો કોણ પણ મોટી અસર કરશે. જ્યારે સૂર્યપ્રકાશ સૌર કોષની સપાટી પર ઊભી રીતે આપાત થાય છે, ત્યારે ફોટોવોલ્ટેઇક કોષ સૌથી વધુ પ્રકાશ ઊર્જા શોષી શકે છે, અને આમ સૌથી વધુ વીજળી ઉત્પાદન કરે છે; અને જ્યારે સૂર્યપ્રકાશ ત્રાંસી હોય છે, ત્યારે પ્રકાશનો એક ભાગ પ્રતિબિંબિત થશે, બેટરી દ્વારા શોષાયેલી પ્રકાશ ઊર્જા ઓછી થશે, અને તે મુજબ વીજળી ઉત્પાદન ઘટશે.
કોષોની વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતાને મહત્તમ બનાવવા માટે, ઘણી સૌર સિસ્ટમો સૂર્ય ટ્રેકિંગ ઉપકરણોથી સજ્જ છે જે શ્રેષ્ઠ ઘટના કોણ જાળવવા માટે સૂર્યની સ્થિતિ અનુસાર પીવી કોષોના ખૂણાને આપમેળે ગોઠવે છે. આ ટેકનોલોજી પીવી કોષોના એકંદર વીજ ઉત્પાદનમાં વધારો કરવામાં અસરકારક રહી છે.
૩. વીજળી ઉત્પાદન પર પ્રકાશ સમયગાળાની અસર
પ્રકાશનો સમયગાળો પણ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે જે સૌર કોષોના વીજળી ઉત્પાદનને અસર કરે છે. દિવસમાં પ્રકાશ કલાકો જેટલા લાંબા હોય છે, તેટલી વધુ સૌર સેલ કુલ વીજળી ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ જ કારણ છે કે ઊંચા અક્ષાંશો પર, ટૂંકા શિયાળાના પ્રકાશ કલાકોને કારણે સૌર કોષો પ્રમાણમાં ઓછી વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે લાંબા પ્રકાશ કલાકોવાળા વિસ્તારોમાં, સમગ્ર વર્ષ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી વીજળીનું પ્રમાણ વધુ હોય છે.
આ ઉપરાંત, ઋતુગત ફેરફારો પ્રકાશના કલાકોને પણ અસર કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉનાળામાં, જ્યારે દિવસો લાંબા હોય છે, ત્યારે સૌર કોષો લાંબા સમય સુધી વીજળી ઉત્પન્ન કરી શકે છે; જ્યારે શિયાળામાં, જ્યારે દિવસો ટૂંકા હોય છે, ત્યારે ઉત્પન્ન થતો સમય અને વીજળીનો કુલ જથ્થો કુદરતી રીતે ઘટશે.
૪. આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ અને ફોટોવોલ્ટેઇક કામગીરી
આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ પણ સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિ પર નોંધપાત્ર અસર કરી શકે છે. વાદળછાયું અને ધુમ્મસવાળી પરિસ્થિતિઓમાં, સૂર્યના કિરણો વાદળો અથવા સસ્પેન્ડેડ કણો દ્વારા અવરોધિત થાય છે, જેના કારણે પીવી સેલ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી પ્રકાશ ઊર્જામાં ઘટાડો થાય છે, અને ઉત્પન્ન થતી શક્તિમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. વધુમાં, વરસાદ અને બરફ પીવી પેનલ્સ દ્વારા પ્રકાશના શોષણને પણ અસર કરી શકે છે, જેનાથી કોષોની વીજ ઉત્પાદન કામગીરીમાં ઘટાડો થાય છે.
રસપ્રદ વાત એ છે કે, પીવી કોષોનું પ્રદર્શન ફક્ત સૂર્યપ્રકાશની શક્તિ પર આધાર રાખતું નથી, ક્યારેક ખૂબ જ તીવ્ર સૂર્યપ્રકાશ પણ સારી બાબત ન હોઈ શકે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિમાં સૌર કોષોની વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા ઘટે છે કારણ કે વધેલા તાપમાનથી કોષની અંદર પ્રતિકાર વધે છે, જેના કારણે વીજ ઉત્પાદન ઓછું થાય છે. આ જ કારણ છે કે, કેટલાક વિસ્તારોમાં, લોકો તેમની વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે કૂલિંગ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને તેમના પીવી મોડ્યુલોને ઠંડુ રાખે છે.
૫. વર્ણપટ રચનાનો પ્રભાવ
સૂર્યપ્રકાશમાં વિવિધ તરંગલંબાઇના ફોટોન હોય છે, જેને સ્પેક્ટ્રમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. સૌર કોષો પ્રકાશની વિવિધ તરંગલંબાઇને અલગ રીતે શોષી લે છે, અને વર્ણપટ રચનામાં ભિન્નતા પણ સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિ પર અસર કરી શકે છે. સામાન્ય રીતે, પીવી કોષોમાં દૃશ્યમાન પ્રકાશ માટે સૌથી વધુ શોષણ કાર્યક્ષમતા હોય છે અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશ માટે પ્રમાણમાં ઓછી શોષણ ક્ષમતા હોય છે. તેથી, જ્યારે સ્પેક્ટ્રમમાં વધુ દૃશ્યમાન પ્રકાશ ઘટક હોય છે ત્યારે પીવી કોષોનું વીજ ઉત્પાદન પ્રદર્શન વધુ સારું હોય છે.
જ્યારે આકાશ વાદળછાયું હોય છે, અથવા વહેલી સવાર અને સાંજે, સૂર્યપ્રકાશનો સ્પેક્ટ્રમ બદલાય છે, જેમાં દૃશ્યમાન ઘટકમાં ઘટાડો અને ઇન્ફ્રારેડ ઘટકમાં વધારો થાય છે, અને આ કિસ્સામાં પણ પીવી સેલની વીજ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા ઘટે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોના સ્પેક્ટ્રલ પ્રતિભાવને સુધારવા માટે, કેટલાક સંશોધન સૂર્યના સ્પેક્ટ્રમની વિશાળ શ્રેણીને શોષી લેવા સક્ષમ સામગ્રીના વિકાસ માટે સમર્પિત કરવામાં આવ્યા છે, જેમ કે ચાલ્કોજેનાઇડ્સ, જેણે પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં વધુ સારી રીતે પ્રકાશ-શોષક ગુણધર્મો દર્શાવ્યા છે.
૬. સવારે ૧.૫ ગ્રામ ટેસ્ટ સ્ટાન્ડર્ડ
ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોના પરીક્ષણમાં, AM 1.5 G ને પ્રમાણભૂત સ્પેક્ટ્રલ સ્થિતિ તરીકે ઉપયોગ કરવો સામાન્ય છે. AM એટલે હવાનું દળ, અને AM 1.5 નો અર્થ એ છે કે વાતાવરણમાંથી સૂર્યના કિરણોનો માર્ગ સૂર્યના વાતાવરણમાંથી સીધા ઊભી માર્ગ કરતાં દોઢ ગણો લાંબો છે. AM 1.5 G એ વિશ્વભરમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું માનક છે અને સ્પષ્ટ દિવસે વાતાવરણમાંથી અને પૃથ્વીની સપાટી પર પસાર થતા સૂર્યના કિરણોની સ્પેક્ટ્રલ સ્થિતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે લગભગ 1000 W/m² ની પ્રકાશ તીવ્રતાને અનુરૂપ છે. AM 1.5 G એ વૈશ્વિક સ્તરે ઉપયોગમાં લેવાતું માનક છે જે સ્પષ્ટ દિવસે વાતાવરણમાંથી અને પૃથ્વીની સપાટી પર પસાર થતા પ્રકાશ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી સ્પેક્ટ્રલ સ્થિતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, અને લગભગ 1000 W/m² ની પ્રકાશ તીવ્રતા અને લગભગ 100,000 Lux ની તેજસ્વી તીવ્રતાને અનુરૂપ છે.
AM 1.5 G નો ઉપયોગ સુનિશ્ચિત કરે છે કે પ્રયોગશાળામાં પરીક્ષણ પરિસ્થિતિઓ વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓની શક્ય તેટલી નજીક હોય છે જેથી રોજિંદા વાતાવરણમાં સૌર કોષોના પ્રદર્શનનું ચોક્કસ મૂલ્યાંકન કરી શકાય.
૭. ઘરની અંદરના પ્રકાશના ધોરણો અને તીવ્રતા
ઘરની અંદર પ્રકાશની તીવ્રતા માટે રાષ્ટ્રીય ધોરણો પણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચીનના સંબંધિત રાષ્ટ્રીય ધોરણો (દા.ત., બિલ્ડીંગ લાઇટિંગ ડિઝાઇન સ્ટાન્ડર્ડ GB 50033-2013) અનુસાર, વિવિધ હેતુઓ માટે ઇન્ડોર જગ્યાઓની પ્રકાશની જરૂરિયાતો અલગ અલગ હોય છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, સામાન્ય ઓફિસ વાતાવરણ માટે રોશનીનું સ્તર લગભગ 300-500 લક્સ હોવું જોઈએ, જ્યારે શાળાના વર્ગખંડ માટે રોશનીનું ધોરણ વધારે હોય છે, સામાન્ય રીતે 500 લક્સથી ઉપર.
પ્રતિ ચોરસ મીટર ઘરની અંદર પ્રકાશની તીવ્રતા માટે, જ્યારે તેને પાવરમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે સામાન્ય રીતે 5-15 W/m² ની વચ્ચે હોય છે, જે પ્રકાશ સ્ત્રોતના વાસ્તવિક પ્રકાર અને પ્રકાશ કાર્યક્ષમતા પર આધાર રાખે છે. આ પ્રકાશની તીવ્રતા બહારના સૂર્યપ્રકાશ માટેના ધોરણ કરતાં ઘણી ઓછી છે, પરંતુ દૈનિક પ્રવૃત્તિઓ અને ઘરની અંદર પ્રકાશ માટે પૂરતી છે.
8. પ્રકાશની સ્થિતિને અસર કરતા પર્યાવરણીય પરિબળો
ઉપરોક્ત પરિબળો ઉપરાંત, ધૂળ, પક્ષીઓના મળ, પાંદડા વગેરે જેવા પ્રદૂષકો દ્વારા છાંયો પડવાથી પણ પીવી કોષોની પ્રકાશ સ્થિતિને અસર થઈ શકે છે, જેના કારણે ઉત્પન્ન થતી શક્તિમાં ઘટાડો થાય છે. આ અવરોધો સૂર્યપ્રકાશના ભાગને ફોટોવોલ્ટેઇક કોષની સપાટી સુધી પહોંચતા અટકાવશે, કહેવાતા "હોટ સ્પોટ ઇફેક્ટ" ની રચના કરશે, એટલે કે, અવરોધિત કોષનું તાપમાન વધે છે, માત્ર કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે, પણ કોષને નુકસાન પણ પહોંચાડી શકે છે.
આને રોકવા માટે, સપાટી સ્વચ્છ રહે અને પ્રકાશ શોષણ મહત્તમ થાય તે માટે પીવી કોષોને નિયમિતપણે સાફ કરવાની જરૂર છે. ઘણી બધી રેતી અને ધૂળ અથવા વારંવાર પક્ષીઓની ગતિવિધિઓવાળા વિસ્તારોમાં સ્થિત કેટલાક વિસ્તારો માટે, સ્વ-સફાઈ કોટિંગ સ્થાપિત કરવી અથવા સફાઈ સિસ્ટમ સ્થાપિત કરવી એ બંને વધુ અસરકારક ઉકેલો છે.
9. સારાંશ
સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિ નક્કી કરવામાં પ્રકાશની સ્થિતિ મુખ્ય પરિબળોમાંની એક છે. પ્રકાશની તીવ્રતા, ઘટનાનો કોણ, પ્રકાશનો સમયગાળો, આબોહવાની પરિસ્થિતિઓ અને વર્ણપટ રચના આ બધાનો પીવી કોષોના વીજ ઉત્પાદન પ્રદર્શન પર નોંધપાત્ર પ્રભાવ પડે છે. સૌર કોષો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી શક્તિની માત્રાને મહત્તમ કરવા માટે, આપણે આ પ્રકાશની પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેવાની અને પીવી સિસ્ટમને યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન અને જાળવણી કરવાની જરૂર છે, જેમ કે સન ટ્રેકર ઇન્સ્ટોલ કરવું, નિયમિતપણે પેનલ્સ સાફ કરવા અને યોગ્ય ઓપરેટિંગ તાપમાન જાળવવું.
પીવી કોષોની ડિઝાઇન અને ઉપયોગને સતત ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને, આપણે સૌર ઊર્જાનો વધુ કાર્યક્ષમ ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ અને સ્વચ્છ ઊર્જાની સાર્વત્રિક પહોંચ પ્રાપ્ત કરવામાં અને કાર્બન ઉત્સર્જન ઘટાડવામાં સકારાત્મક યોગદાન આપી શકીએ છીએ.
